能耗制动技术原理与工作过程

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：能耗制动的技术性能见表4-2。工作过程是，当光耦合器VLC得到信号而导通时，V1导通且饱和，V2随即导通，V3截止，使GTR导通，即有制动电流流经RB。这样多次反复将电能变热能，消耗在制动电阻RB上。当UD超上限值时，比较器的输出为“+”，则光耦合器VLC输出信号电流，再推动驱动电路，实现能耗制动工作状态，当UD低于下限值时，比较器的输出为“-”，则光耦合器VLC无输出电流，这时驱动电路不工作，处于不制动工作状态。

（1）制动情况

从高速到低速（或零速），这时电气的频率变化很快，但电动机的转子带着负载（生产机械）有较大的机械惯性，不可能很快地停止，并产生反电动势E>U（端电压），电动机处于发电状态，其产生反向电压转矩与原电动状态转矩相反，而使电动机具有较强的制动转矩，迫使转子较快停下来。由于变频器通常是交-直-交主电路，AC/DC整流电路是不可逆的，因此，电动机产生的反电动势无法回馈到电网上去，结果造成主电路电容器两端电压升高（称为泵升电压）。当电压超过设定上限值电压（700V）时，制动电路导通，制动电阻上流过电流，从而将电能变成热能消耗掉，电压随之下降，待到设定下限值（680V）时即断。这就是制动单元的工作过程。这种制动方法不可控，制动转矩有波动，但制动时间是可人为设定的。能耗制动的技术性能见表4-2。

表4-1 变频器电气制动的性能和特点

表4-2 能耗制动的技术性能

（2）制动电阻

关于制动电阻的作用和选择在3.5.1节已经说明，在实际应用中，可根据表4-3所示方法确定制动电阻，根据表4-4所示方法确定电阻功率。

表4-3 制动电阻计算方法

表4-4 电阻功率计算方法

在具体应用中须注意：

1）电阻值越小，制动转矩越大，流过制动单元的电流越大；

2）不可以使制动单元的工作电流大于其允许最大电流，否则要损坏器件；

3）制动时间通过R的不同可人为选择；

4）小容量变频器（≤7.5kW）一般是内接制动单元和制动电阻的；

5）当在快速制动出现过电压时，说明是制动电阻的阻值过大来不及放电，应减小阻值。

（3）制动电路

典型低压变频器主电路，如图4-11所示，由二极管模块组成三相桥式整流，即AC/DC电路，滤波电路为电容器C₁及C₂，制动电路由绝缘栅双极型晶体管V及电阻R_B和二极管VD组成，三相桥式逆变器IGBT模块组成为DC/AC逆变器。

图4-11 典型低压变频器主电路

大功率管V采用GTR或IGBT均可，其主要性能参数选择如下：

1）击穿电压：U_CEO=1000V即可；

2）集电极最大电流：按正常电压下，流经R_B的电流I_CM≥2×U_D/R；

3）其他参数：放大倍数，开关时间等均无严格要求。

大功率管GTR的驱动电路如图4-12所示，在图4-12所示的驱动电路中，VD₅～VD₈上的电压降为GTR提供反向偏置。工作过程是，当光耦合器VLC得到信号而导通时，V₁导通且饱和，V₂随即导通，V₃截止，使GTR导通，即有制动电流流经R_B。当VLC失去信号而截止时，V₁截止，随即V₂截止，V₃导通，CTR因反向偏置而截止。这样多次反复将电能变热能，消耗在制动电阻R_B上。

图4-12 GTR的驱动电路

图4-13 驱动电路的工作信号的取出电路

驱动电路的工作信号的取出，一般均取直流电压作信号，如图4-13。当U_D超上限值（如700V）时，比较器的输出为“+”，则光耦合器VLC输出信号电流，再推动驱动电路，实现能耗制动工作状态，当U_D低于下限值（如680V）时，比较器的输出为“-”，则光耦合器VLC无输出电流，这时驱动电路不工作，处于不制动工作状态。

（4）保护电路

电阻R_B的标称功率比实际消耗的电功率小得多，因此电阻若通电时间过长，必导致过热损坏，所以要有热保护，其方法有用热继电器、热敏电阻和温度开关等。

（5）主要应用场合

能耗制动的不足，是在制动过程中，随着电动机转速的下降，拖动系统动能也在下降，于是电动机的再生能力和制动转矩也在减小，所以在惯性较大的拖动系统中，常会出现在低速时停不住，而产生“爬行”现象，从而影响停车时间或停位的准确性，仅适用一般负载的停车。其特点是电路简单，价格较低。

能耗制动技术原理与工作过程

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